La geotermia a bassa entalpia applicazioni del sistema di geoscambio. Geol. Marco Vinci

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1 La geotermia a bassa entalpia applicazioni del sistema di geoscambio Geol. Marco Vinci

2 Per energia geotermica si intende l energia contenuta sotto forma di calore nell interno della Terra PROCESSI CONDUTTIVI non associati a trasporto di materia PROCESSI CONVETTIVI tramite un fluido vettore costituito da acqua (in fase liquida e/o di vapore) e gas RISORSA GEOTERMICA: energia termica derivante dal calore terrestre estraibile mediante fluidi geotermici (che a loro volta sono quelli esistenti naturalmente nel sottosuolo o quelli immessivi artificialmente) da profondità economicamente sostenibili ed accessibili alle attuali tecnologie. È ENERGIA 100% RINNOVABILE: il D.L. n 387 del 29/12/2003 (Art. 2, lettera a) emanato in attuazione della Direttiva Europea 2001/77/CE, che stabilisce fonte o sorgente energetica rinnovabile quella di origine geotermica.

3 L'utilizzo convenzionale dell'energia geotermica è identificato dalla suddivisione in due categorie principali: per produzione di energia elettrica (risorse ad alta-media entalpia) e per usi diretti del calore (risorse a bassa-media entalpia). Le possibilità di utilizzo dell'energia geotermica a temperature inferiori a quelle comunemente utilizzate per la produzione geotermoelettrica sono notevoli e spaziano dalle comuni terme ai sempre più frequenti utilizzi diretti per scopi agroalimentari, florovivaistici ed industriali.

4 GEOTERMIA CLASSICA La geotermia classica sfrutta il Gradiente Geotermico Terrestre Sulla base di questo dato si può realizzare una classificazione della risorsa *, in funzione della variazione della temperatura ΔT: alta entalpia ΔT > 150 C media entalpia 90 < ΔT < 150 C bassa entalpia 20 < ΔT < 90 C * Muffler and Cataldi (1978)

5 APPLICAZIONI La risorsa geotermica può essere impiegata per diversi scopi

6 Le pompe di calore consentono di sfruttare il calore contenuto nel terreno o nei fluidi a bassa temperatura per il riscaldamento, la climatizzazione e la produzione di acqua calda sanitaria. Si tratta di una tecnologia applicabile quasi ovunque, in quanto il terreno costituisce una fonte di energia stabile a temperatura pressoché costante, a prescindere dalla presenza di anomalie geotermiche e senza bisogno di raggiungere grandi profondità. Un impianto a pompa di calore geotermico è composto da: 1. sistema di scambio di calore con il sottosuolo, con la falda acquifera o con la risorsa idrica superficiale; 2. pompa di calore; 3. sistema di riscaldamento/raffrescamento interno all edificio.

7 Le pompe di calore geotermiche non sfruttano direttamente il gradiente di temperatura. Sfruttano la caratteristica del terreno di avere una massa di grande capacità termica e di mantenere una temperatura quasi costante per tutto l'anno.

8 1. Il sistema scambio di calore Il sistema di scambio di calore può essere effettuato mediante tre modi: 1. Impianti accoppiati direttamente al terreno (geoscambio sistemi a circuito chiuso) 2. Impianti che utilizzano direttamente l acqua di falda (open-loop sistemi a circuito aperto) 3. Impianti che sfruttano il calore delle acque superficiali (laghi, fiumi, canali, bacini idrici, mare) Il calore viene estratto dal sottosuolo mediante sonde geotermiche verticali oppure orizzontali (invisibili dopo la perforazione), senza scambiare massa con il terreno. Dal punto di vista ambientale, l impianto a circuito chiuso è il più sicuro poiché il fluido che circola nella sonda non viene a contatto con il terreno e viene salvaguardata l integrità della risorsa idrica eventualmente presente. Inoltre, c è il vantaggio di poter essere impiegato ovunque, a prescindere dalla presenza di acqua profonda o superficiale.

9 SONDE GEOTERMICHE VERTICALI Lunghezze tipiche da 50 a oltre 200 m. Diametro di perforazione mm. Distanza minima tra due perforazioni 5 6 m. Recupero di calore per ogni singola sonda: W/m Riempimento del foro con cemento e bentonite sodica.

10 POSA DELLE SONDE GEOTERMICHE ORIZZONTALI L'ideale sono terreni umidi sabbioso-ghiaiosi. La capacità media di scambio termico è di 1 kw ogni m di tubazione. La piantumazione è sconsigliata soprattutto per alberi a radici profonde. La superficie sopra i collettori non può essere asfaltata.

11 1. Il sistema scambio di calore Il sistema di scambio di calore può essere effettuato mediante tre modi: 1. Impianti accoppiati direttamente al terreno (geoscambio sistemi a circuito chiuso) 2. Impianti che utilizzano direttamente l acqua di falda (open-loop sistemi a circuito aperto) 3. Impianti che sfruttano il calore delle acque superficiali (laghi, fiumi, canali, bacini idrici, mare) L acqua di falda, pompata dal sottosuolo ed utilizzata come sorgente di calore, viene poi reimmessa nello stesso acquifero o rilasciata in superficie dopo l uso. I pozzi di re-iniezione devono essere disposti nella direzione del flusso a valle dei pozzi di prelievo e ad una distanza sufficiente per evitare interferenze termiche. Inoltre, si ritiene che la temperatura dell acqua di falda non deve essere modificata di oltre +/- 4 C. Al fine di evitare ossidazioni e corrosioni dei materiali metallici dell impianto occorre effettuare un test delle acque di falda. Questi sistemi necessitano, perciò, di particolari autorizzazioni ed indagini preliminari ambientali che ne valutino l impatto sul territorio. L eventuale scarico in superficie, inoltre, necessita di autorizzazione.

12 REALIZZAZIONE POZZI DI PRELIEVO ACQUA DI FALDA Fabbisogno di acqua pari a circa 250 l/h per kw di resa di riscaldamento Distanza tra il pozzo di emungimento e di reimmissione: > m in direzione del flusso di falda È richiesta analisi della qualità delle acque: Mn, Fe, NH3, O2, H2S, solfiti, Cl2, ph, conduttività elettrica

13 1. Il sistema scambio di calore Il sistema di scambio di calore può essere effettuato mediante tre modi: 1. Impianti accoppiati direttamente al terreno (geoscambio sistemi a circuito chiuso) 2. Impianti che utilizzano direttamente l acqua di falda (open-loop sistemi a circuito aperto) 3. Impianti che sfruttano il calore delle acque superficiali (laghi, fiumi, canali, bacini idrici, mare) L acqua viene utilizzata attraverso un circuito che può essere sia chiuso (geoscambio) che aperto. Le risorse idriche superficiali hanno il vantaggio di non richiedere lavori di perforazione e di consentire una facile misurazione dei parametri fisici di progetto (temperatura, portata).

14 2. La pompa di calore geotermica La pompa di calore funziona come una macchina termodinamica reversibile D inverno, la pompa assorbe calore ad una temperatura che può essere fino a circa C (temperatura costante nel sottosuolo) per riscaldare acqua fino a C ed oltre (riscaldamento/acqua sanitaria). D estate, invertendo il ciclo, assorbe calore dall'abitazione e lo trasferisce al terreno, al fine di raffrescare gli ambienti interni.

15 3. sistema di riscaldamento/raffrescamento interno all edificio Un sistema di riscaldamento a pannelli radianti riscalda l'ambiente mediante una serpentina installata sotto le strutture, all'interno della quale viene fatta circolare acqua a temperatura ridotta (da 32 C a 40 C).

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17 LE PRINCIPALI PROBLEMATICHE AMBIENTALI IMPIANTI GEOTERMICI derivano dall interazione SCAMBIATORI RISORSE IDRICHE SOTTERRANEE

18 Progettazione e dimensionamento del campo sonde (circuiti chiusi) o pozzi di prelievo e re-immissione (circuiti aperti) Impatto ambientale di un sistema di geoscambio circuito chiuso Inquinamento termico Versamento liquidi refrigeranti nel sottosuolo Interconnessio ne falde a diversa profondità Inquinamento falde dalla superficie Instabilità sottosuolo

19 Progettazione e dimensionamento del campo sonde (circuiti chiusi) o pozzi di prelievo e re-immissione (circuiti aperti) Impatto ambientale di un sistema di geoscambio circuito aperto Inquinamento termico Versamento liquidi refrigeranti nel sottosuolo Interconnessio ne falde a diversa profondità Inquinamento falde dalla superficie Instabilità sottosuolo

20 Progettazione e dimensionamento del campo sonde (circuiti chiusi) o pozzi di prelievo e re-immissione (circuiti aperti) Impatto ambientale di un sistema di geoscambio corpo idrico superficie Inquinamento termico Versamento liquidi refrigeranti nel sottosuolo Interconnessio ne falde a diversa profondità Inquinamento falde dalla superficie Instabilità sottosuolo

21 IMPIANTO GEOTERMICO: BENEFICI

22 IMPIANTO GEOSCAMBIO: BENEFICI

23 RIFLESSIONE DEL RELATORE PROPOSTA DI LEGGE 256 DEL 12 MAGGIO 2015 Disciplina in materia di piccole utilizzazioni locali di calore geotermico A che punto siamo? GRAZIE PER L ATTENZIONE